全景科学百科(全彩图解典藏版)

作者简介

内容简介

1765年，启蒙运动中的自由主义者约瑟夫·普利 斯特里与本杰明·富兰克林进行会面。在对政治问题 进行讨论时，他们也就彼此的电力学研究成果与心得 进行了交流。富兰克林积极鼓励普利斯特里将其研究 成果公开发表。1767年，普利斯特里终于公开发表了 《电学的古与今：以原创实验为视角》这部著作。除 其他观点之外，他着重指出：两个电荷之间的吸引力 和排斥力与两者之间的距离依照平方反比定律发生变 化。这也正好是牛顿对万有引力问题的重要发现之一 。 1785年，法国物理学家查尔斯·库仑发明了一种 极为敏感的力学设备，从而对普利斯特里的假设性学 说进行了证明。后来，这个证明被称为“库仑定律” ，它的内容是：两个电荷之间所存在的作用力与这两 个电荷所带的电量成正比，而与两个电荷之间的距离 的平方成反比。同时，库仑发现，他的定律也适用于 磁吸引现象中的作用力。 电究竟是什么东西呢？由于每个莱顿瓶都只能放 一次电，因此这使所有的研究都变得相当困难。19世 纪初期，这些不利条件发生了转变，而这一切都归功 于意大利物理学家阿雷桑德罗·伏打的研究成果。伏 打早就对电这种被冠以“动物之电”的神秘力量持一 种无神论的客观立场。伏打的发现是他的朋友和同乡 吕基·加法尼对外公开宣布的。加法尼早已用金属实 验工具对青蛙的大腿进行过深入的研究，并在试验中 发现青蛙的腿部肌肉在被触碰的时候会发生一阵自然 抽动。于是，加法尼便猜想，这是因为金属工具把某 种电流释放了出来。在重复进行了加法尼的实验之后 ，伏打便开始确信电并不是由青蛙的肌肉组织产生的 ，而是由潮湿的环境以及研究试验中不同的金属工具 同时导致的。 为了找到答案，伏打实施了另外一个*为直截了 当的实验：他把不同种类的金属的合金f如银和锡、 铜和铁等）放在自己的舌头上，它们带来了一些苦苦 的感觉。于是，伏特猜想这种感觉应该是电由一种金 属通过舌头上的唾液流到另一种金属时所产生的。根 据伏打所进行的详细记录，不同的金属合金会带来强 度不一的苦味感觉。此后，他还设计出了他原来进行 的实验的人造版模式，即把银盘和锌盘叠加在一起， 然后在中间放一张浸泡过盐水的纸，从而把两个金属 盘隔开。这个实验的结果是一股连续性电流的产生。 *早运用伏打的研究成果的科学家之一是英国化 学家汉弗莱·戴维。戴维以其颇具创造性的气体实验 闻名遐迩，而电堆的可能性研究激起了他极大的兴趣 ——如果化学反应能够发电，那么电本身能否与物质 发生反应，从而把它们分离成这些物质的组成元素？ 戴维建成了一个巨大无比的电堆，并为多种化合 物（如碳酸钾）通上电流。他发现，在被连上电池电 线的一块碳酸钾中，有很多发亮的金属滴状物开始形 成，并爆向空气。他已经发现了一种新的化学元素— —钾。同时，戴维也把其他化学元素分离出来，如钠 、钙、锶、钡、镁、硼和硅等。他开始确信自己所说 的：“化学和电力吸引现象是由同一个原因造成的。 ” 在戴维的众多科学遗产中，还有另外一个观点， 即化合物中的原子是通过某种电力作用而结合在一起 的。这个观点得到了法拉第的拥护和支持。在戴维因 一次实验事故炸伤了脸从而造成暂时性失明之后，法 拉第*聘担任其助手。 诞生于1791年的迈克尔·法拉第是一名铁匠的儿 子。法拉第自幼体弱多病，13岁的时候被迫退学，成 为一名装订商的学徒。在那个时候，他阅读了很多科 学书籍。与此同时，他继续聆听由戴维主讲的一系列 化学讲座。在整个讲座过程中，法拉第总是一直保持 着全神贯注的状态，并做了**详细和全面的笔记。 当戴维在实验事故中*伤而需要一名助手的时候 ，法拉第便被**去担任这一职务。考虑到法拉第所 记的笔记颇能反映出他的机敏，戴维雇用了他。当时 ，戴维正要去欧洲大陆进行一次为期18个月的巡回演 讲。于是，只有22岁的法拉第被他带在了身边。对于 能够听到戴维的演讲以及对戴维的实验进行观察，法 拉第感到**荣幸。此外，他还能够与当时欧洲*伟 大的科学家进行面对面的接触。 其间，法拉第开始着手对自己的研究项目进行研 究，尤其是对电和磁之间的关联性的研究。1820年， 汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发表了一篇关于在磁铁旁 的电流可以使磁铁与电流方向形成直角的论文。法国 物理学家安德烈·玛丽·安培继续进行奥斯特的研究 项目，并在1821～1825年期间的实验研究中发现了电 与磁之间的基本关系原理。安培在实验中发现，两根 通着同一方向电流的电线之间发生了磁力吸引，而当 电流变成相反的方向时，两根电线则互相排斥。在把 电线缠绕成线圈，并再次使其通电时，安培发现他已 经做成了一个电磁铁，因为缠成线圈之后的磁力增加 了很多。同时，把线圈缠在一块铁条上同样可以使这 个磁体的磁性变得*强。于是，安培认为磁力来源于 把所有原子在电线和铁块上排列起来的电流。 在奥斯特旋转罗盘的基础上，法拉第不由得提出 了这样一个问题：既然电能够引起磁效应，那么磁能 否用来发电呢？在给一根铁棒缠上电线线圈之后，法 拉第把一对磁力很强的磁铁在电线线圈方向上进行移 动。一个专门用来检测电流的检流计显示，电线圈中 已经产生了电流。此后，法拉第对这个模型进行了改 进，他把两块磁铁固定下来静止不动，在两块磁铁之 间放置一个铜制圆盘，通过转动磁铁之间的铜制圆盘 就能够产生电流。产生的电流被连到一端固定在离旋 转圆盘边缘较近的地方，另一端则连接到圆盘旋转的 轴心上的电线上。 于是，法拉第研制出了**部电磁发电机。在19 世纪的整个历史进程中，人们利用电磁感应原理发明 了许多新的引擎和机器，而这些新发明给运输和通讯 领域带来了革命性的变化。 那么，发电机是如何运作的呢？法拉第对这个问 题进行了长达数年的研究。他当时并不知道电子的概 念，而正是电子微粒的运动组成了电流本身。法拉第 曾经进行了如下的猜想：当电流通过某种物体的时候 ，会使这些原子作用力场处于一种紧绷的压力状态； 而在原子把电流传给下一个群簇之后，这种紧绷的压 力状态就可以解除。电沿着紧绷的线路通过导电物质 的道理，就好像水波纹在通过水面的时候总会保持其 高峰状态一样，移向岸边的不是水本身，而是能量。 因此，法拉第认为这种方式可能就是闪电发生的原理 和静电产生的真实方式，同时也是电流通过电堆时的 **方式。尽管法拉第对于电的本质没有一个**清 楚的概念，但是他的回答已经**接近正确答案了。 P12－14